天外有天

图1-4 旅行者走到了天的尽头
无论在东方，还是在西方，最初以为这个世界是人都可以到达的，所以夸父要去逐日。而在一幅流传很广的欧洲古画中，走到宇宙边缘的旅行者，竟然可以把头从天边伸出去看到另外一个世界(图1-4)。这个想象可谓大胆，而事实确是天外有天，从伽利略看出那充满诗意的银河乃是由无数颗星星组成的开始，人们渐渐认识到还有超越太阳系的更为广阔的世界。最初人们对天上那些星星，分不出它们的远近，把它们都安放在一个“天球”中。1671年，意大利天文学家卡西尼(G.D.Cassini，1625～1712)用在同一时间从两地测得的火星位置的视差，算出了火星与地球、地球与太阳以及与其他天体间的距离，尽管还不够精确。后来太阳系以外的恒星的距离也找到了测算的方法，因为恒星其实也是在运动的，只要能观测出它的位置变化，就能据以算出它们的距离。结果发现在银河中，像太阳这样的恒星数不胜数。1784年，赫歇尔说他观测到3亿颗恒星，后来的观测结果表明，这个数字太小了，到20世纪90年代，经多方测算，在2000亿颗以上!这些恒星加上充塞其间的行星等天体以及气体尘埃等宇宙物质，共同组成了一个庞大的星系。古希腊人将这夜空顶上的一抹银光看成是天后赫拉(Hrea)这个自然力量的女性化身撒出的乳汁，所以把它叫做MilkyWay，天文学家以此作为这个星系的名字。在我们中国，本有一个充满诗意的名称就是“银河”，所以翻译过来作为学术名词时定名为银河系(Galaxy)。
银河系在太空中看起来，并不像一条河，倒是像无边的暗夜中一个发光的岛，其实是一个中心凸出并成旋涡状的圆饼(图1-5)。从侧面看去，银河系中心部分凸起如球，称为银球，直径约1.63万光年，其核心称为银核，因为这里恒星密集，所以星光比周围灿烂。银球周围较为明亮的部分，展布如盘，称为银盘，恒星仍较密，离银核愈远星体愈稀少，星光渐渐黯淡。银盘在平面上看，表现为若干旋臂，旋臂中物质的密度大于旋臂间的物质。从银河系的一端到另一端的距离，接近10万光年。太阳系在里面不过是微不足道的一员，它位于银盘的一侧，距银河系的中心尚有(2.7±0.33)万光年之遥。
图1-5 3个与银河系相似的旋涡星系的照片(用500cm天文望远镜拍摄)
认出了银河系，人们仿佛是井底之蛙从井中跳出，以为这回是把宇宙尽收眼底了。直到20世纪初，许多人还把银河系当作整个宇宙。但随着探测技术和计算能力的提高，人们发现，在银河系外，还有数以百亿计的星系存在。天文学家把它们总称为河外星系(extragalactic galaxy)。
整个河外星系质量非常巨大，但由于占据了巨大的空间，因而其密度是很小的，平均只有10－31g/cm3，这比我们在一般实验室所获得的“真空”的密度还低得多。
这些河外星系包含有许许多多类似银河系的恒星系统，它们的规模都不亚于我们的银河系，离我们最近的，相距也有250万光年，远的超过100亿光年。它们分别具有卵形、椭球形、透镜状、旋涡状等等(图15)，离我们银河系最近的麦哲伦星系就是一个大型旋涡星系。我们对河外星系的认识仍只能说是刚开始，新的星系还在不断被发现。
的确是天外还有天，但在自然科学中，受观测技术条件的限制，我们所探索的这个宇宙(universe，cosmos)，在空间上仍有它的极限，也就是说它仍有自己的大小;在时间上也有它的始终，所以不断有人去探讨宇宙的起源和年龄。本书中讲的宇宙，就是这样的一个世界。
“不识庐山真面目，只缘身在此山中。”当人们还无法飞出地球去的时候，对于朝夕相处的地球并不在意，而对宇宙空间充满了神秘美好的幻想。等到真的飞上太空，对太阳系和宇宙了解得越来越多以后，这才充分认识到地球的特点和价值，还是只有地球好!尽管人类一直在宇宙中不断地找寻与地球相类似的行星，不过今天的科学技术告诉人们，在宇宙中，地球至今仍是我们人类独一无二的美好家园!地球的各部分尽管有这样那样的差别，但归根到底仍是一个不可分割的整体和一个复杂系统。地球上出现今天这样适于人类生存的环境，是它演化到一定阶段的产物，它能成为人类的家园是天体物质在宇宙中特定的时间与特定的空间相结合的演化结果，实在难得，这样的环境过去没有，将来也不可能永远保持下去。我们所应努力的是:使这个良好的环境尽量维持得更长久，至少不要因为人为的破坏而加速它的恶化。人类必须认真地关爱地球，保护地球的生态环境，以便促进人类社会的可持续发展。
思考题
1.人类为什么经过漫长的努力才认识到大地是球形的?
2.从太阳围着地球转到地球围着太阳转的认识转变，对我们认识客观世界，有些什么经验教训可以吸取?
3.宇宙的内涵究竟该怎样理解?你对宇宙是无限还是有限，是怎样认识的?
4.地球是人类独一无二的家园吗?有什么根据说是或者不是?
进一步阅读的书目
1.Dampier W C 著.李珩译.1975.科学史及其与哲学和宗教的关系.北京:商务印书馆.(重点阅读欧洲文艺复兴以前有关部分)
2.Sagan C 著.周秋麟，吴依